1、化工儀表及自動化第三章 流量檢測 內容提要差壓式流量計節流景象與流量根本方程式規范節流安裝力矩平衡式差壓變送器差壓式流量計的丈量誤差轉子流量計任務原理電遠傳式轉子流量計漩渦流量計1內容提要質量流量計直接式質量流量計補償式質量流量計其他流量計靶式流量計橢圓齒輪番量計渦輪番量計電磁流量計2概述 介質流量是控制消費過程到達優質高產和平安消費以及進展經濟核算所必需的一個重要參數。 流量大小：單位時間內流過管道某一截面的流體數量的大小，即瞬時流量。 總量：在某一段時間內流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內的累計值。定義3概述質量流量M體積流量Q如以 t 表示時間，那么流量和總量之間的關系是

2、 流量計：丈量流體流量的儀表。計量表：丈量流體總量的儀表。 4概述1.速度式流量計 以丈量流體在管道內的流速作為丈量根據來計算流量的儀表。 2.容積式流量計 以單位時間內所排出的流體的固定容積的數目作為丈量根據來計算流量的儀表。 3.質量流量計 以丈量流體流過的質量M為根據的流量計。質量流量計分直接式和間接式兩種。 5分類第一節 差壓式流量計 差壓式也稱節流式流量計是基于流體流動的節流原理，利用流體流經節流安裝時產生的壓力差而實現流量丈量的。 通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的節流安裝和能將此壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。 6第一節 差壓式流量計 一、節流景象與流

3、量根本方程式1.節流景象 流體在有節流安裝的管道中流動時，在節流安裝前后的管壁處，流體的靜壓力產生差別的景象稱為節流景象。 節流安裝就是在管道中放置的一個部分收縮元件,運用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。 7第一節 差壓式流量計圖3-1 孔板安裝及壓力、流速分布圖 要準確丈量出截面、處的壓力有困難，由于產生最低靜壓力p2的截面的位置隨著流速的不同會改動。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來丈量流體在節流安裝前后的壓力變化。因此所測得的壓差與流量之間的關系，與測壓點及測壓方式的選擇是嚴密相關的。留意8第一節 差壓式流量計2.節流根本方程式 流量根本方程式是闡明流量與壓差之間定量

4、關系的根本流量公式。它是根據流膂力學中的伯努利方程和流體延續性方程式推導而得的。 可以看出要知道流量與壓差確實切關系，關鍵在于的取值。 流量與壓力差P的平方根成正比。 9第一節 差壓式流量計 二、規范節流安裝 國內外把最常用的節流安裝、孔板、噴嘴、文丘里管等規范化，并稱為“規范節流安裝。 采用規范節流安裝進展設計計算時都有一致規范的規定、要求和計算所需求的通用化實驗數據資料。 10第一節 差壓式流量計 1.節流安裝的選用在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡單,噴嘴次之,文丘里管最復雜。造價高低也與此相對應。實踐上,在普通場所下,以采用孔板為最多。當要求壓力損失較小時,可采用噴嘴、文丘里管等。11

5、第一節 差壓式流量計在丈量某些易使節流安裝腐蝕、沾污、磨損、變形的介質流量時,采用噴嘴較采用孔板為好。在流量值與壓差值都一樣的條件下,運用噴嘴有較高的丈量精度,而且所需的直管長度也較短。如被測介質是高溫、高壓的,那么可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質。 12第一節 差壓式流量計 2.節流安裝的安裝運用 必需保證節流安裝的開孔和管道的軸線同心,并使節流安裝端面與管道的軸線垂直。 在節流安裝前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內壁上,不應有凸出物和明顯的粗糙或不平景象。 13第一節 差壓式流量計 任何部分阻力 (如彎管、三通管、閘閥等)均會引起流速在截面上重新分布,引起流量系數變化

6、。所以在節流安裝的上、下游必需配置一定長度的直管。 規范節流安裝 (孔板、噴嘴) ,普通都用于直徑D50mm的管道中。 被測介質應充溢全部管道并且延續流動。 管道內的流束 (流動形狀)應該是穩定的。 被測介質在經過節流安裝時應不發生相變。 14第一節 差壓式流量計三、力矩平衡式差壓變送器 變送器是單元組合式儀表中不可短少的根本單元之一。 所謂單元組合式儀表,這是將對參數的檢測及其變送、顯示、控制等各部分,分別做成只完成某一種功能而又能各自獨立任務的單元儀表 (簡稱單元,例如變送單元、顯示單元、控制單元等)。 15第一節 差壓式流量計分類 按運用的能源不同,單元組合式儀表有氣動單元組合式儀表(Q

7、DZ型)和電動單元組合式儀表(DDZ型)。 差壓變送器可以將差壓信號p轉換為一致規范的氣壓信號或電流信號,可以延續地丈量差壓、液位、分界面等工藝參數。當它與節流安裝配合時,可以用來延續丈量液體、蒸汽和氣體的流量。 16第一節 差壓式流量計 力矩平衡式差壓變送器是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負反響的任務原理抑制元件資料、加工工藝等不利要素的影響，使儀表具有較高的丈量準確度 (普通為0.5級)、任務穩定、可靠、線性好、不靈敏區小、溫度誤差小等一系列優點。17舉例以DDZ-型壓力變送器為例 第一節 差壓式流量計 在差壓p作用下，產生一個測試力，即 f為膜片的有效面積。 3-518圖3-2 DDZ

8、-型差壓變送器表示圖1丈量氣室 ; 2丈量膜片 ; 3支點 ; 4主杠桿 ; 5推板 ; 6矢量板 ; 7拉桿 ; 8支撐簧片 ; 9動鐵心 ; 10差動變送器 ; 11副杠桿 ; 12放大器 ; 13永久磁鋼 ; 14可動線圈 ; 15調零彈簧 DDZ-型差壓變送器將差壓信號轉換為420mA的直流電流信號。 第一節 差壓式流量計 該變送器是按力矩平衡原理任務的。根據主、副杠桿的平衡條件可以推導出被測壓力p與輸出信號I0的關系。 當主杠桿平衡時，應有 3-6式中， 、 分別為F測、F1離支點O1的間隔。將式3-5代入式3-6，有3-7式中, 為一比例系數。19第一節 差壓式流量計將式3-10代

9、入式3-9，得3-10 、 分別為F2及電磁力 離副杠桿十字支撐簧片的間隔。3-93-11而3-8聯立式3-8與3-11，得3-20式中， 為轉換比例系數。20第一節 差壓式流量計 四、差壓式流量計的丈量誤差 在現場實踐運用時，往往具有比較大的丈量誤差，有的甚至高達1020。 不僅需求合理的選型、準確的設計計算和加工制造，更要留意正確的安裝、維護和符合運用條件等，才干保證差壓式流量計有足夠的實踐丈量精度。 留意21第一節 差壓式流量計誤差產生的緣由被測流體任務形狀的變動。節流安裝安裝不正確。孔板入口邊緣的磨損。導壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏景象差壓計安裝或運用不正確22第一節 差壓式流量計2

10、3 導壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否那么會引起較大的丈量誤差。對于不同的被測介質，導壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。 圖3-3 丈量液體流量時的取壓點位置 圖3-4 丈量液體流量時的銜接圖1節流安裝；2引壓導管；3放空閥；4平衡閥；5差壓變送器；6貯氣罐；7切斷閥第一節 差壓式流量計取壓點應該位于節流安裝的下半部，與程度線夾角為045。 引壓導管最好垂直向下，如條件不答應，導壓管亦應下傾一定坡度至少120110，使氣泡易于排出。 在引壓導管的管路中，應有排氣的安裝。 1丈量液體的流量時，應該使兩根導壓管內都充溢同樣的液體而無氣泡，以使兩根導壓管內的液體密度相等。24第一節 差壓式

11、流量計252丈量氣體流量時，上述的這些根本原那么依然適用。 取壓點應在節流安裝的上半部。 引壓導管最好垂直向上，至少亦應向上傾斜一定的坡度，以使引壓導管中不滯留液體。 假設差壓計必需裝在節流安裝之下，那么需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-5所示。 3丈量蒸汽的流量時，要實現上述的根本原那么，必需處理蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對丈量精度的影響。常見的接法見圖3-6所示。第一節 差壓式流量計圖3-5 丈量氣體流量時的銜接圖1節流安裝；2引壓導管；3差壓變送器；4貯液罐；5排放閥圖3-6 丈量蒸汽流量的銜接圖1節流安裝；2凝液罐；3引壓導管；4排放閥；5差壓變送器；6平衡閥26第一節

12、 差壓式流量計27差壓計或差壓變送器安裝或運用不正確也會引起丈量誤差。 由引壓導管接至差壓計或變送器前，必需安裝切斷閥1、2和平衡閥3，如圖3-7所示。 丈量腐蝕性或因易凝固不適宜直接進入差壓計的介質流量時，必需采取隔離措施。常用的兩種隔離罐方式如圖3-8所示。 第一節 差壓式流量計圖3-7 差壓計閥組安裝表示圖1，2切斷閥；3平衡閥圖3-26 隔離罐的兩種方式28第二節 轉子流量計一、任務原理29 轉子流量計采用的是恒壓降、變節流面積的流量丈量方法。圖3-9 轉子流量計的任務原理圖第二節 轉子流量計轉子流量計中轉子的平衡條件是3-13根據轉子浮起的高度就可以判別被測介質的流量大小或將式3-2

13、6代入上兩式，得或由式3-13可得3-1430第二節 轉子流量計31 二、電遠傳式轉子流量計 它可以將反映流量大小的轉子高度h轉換為電信號，適宜于遠傳，進展顯示或記錄。 LZD系列電遠傳式轉子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。 1.流量變送部分 圖3-10 差動變壓器構造第二節 轉子流量計轉換原理 假設將轉子流量計的轉子與差動變壓器的鐵芯銜接起來，使轉子隨流量變化的運動帶動鐵芯一同運動，那么，就可以將流量的大小轉換成輸出感應電勢的大小。32第二節 轉子流量計332.電動顯示部分LTD系列電遠傳轉子流量計圖3-11第三節 漩渦流量計 精度高、丈量范圍寬、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便

14、、壓力損失小、節能效果明顯。 34 漩渦流量計是利用有規那么的漩渦剝離景象來丈量流體流量的儀表。圖3-12 卡門渦列 (a)圓柱渦列； (b)三角柱渦列第三節 漩渦流量計 熱學法 電容法 壓差法漩渦頻率的檢測方法圖3-13 圓柱檢出器原理圖1空腔；2圓柱棒；3導壓孔；4鉑電阻絲；5隔墻 滿足hL0.281時，那么所產生的渦街是穩定的。由圓柱體構成的卡曼漩渦，其單側漩渦產生的頻率為35第四節 質量流量計定義直接丈量單位時間內所流過的介質的質量,即質量流量M。 優點 質量流量計的最后輸出信號只與介質的質量流量M成比例,這就能從根本上提高流量丈量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。 質量流量的根本方程式

15、為36第四節 質量流量計一、直接式質量流量計圖3-14 雙孔板差壓式質量流量丈量表示圖3-183-19將式(3-19)減去式(3-18),可得即37第四節 質量流量計38 二、補償式質量流量計1.流速-密度補償法圖3-15 流速-密度補償法質量流量 2.壓差-密度法圖3-16 壓差-密度補償法第四節 質量流量計 3.壓差-流速補償法圖3-17 壓差-流速補償法393-20又由于3-21將式 (3-21)代入式 (3-20)，得第五節 其他流量計一、靶式流量計便于某些黏度較高或含有懸浮物介質的流量檢測。圖3-18 半導體應變片式靶式流量變送器 1靶；2輸出力杠桿； 3推桿； 4懸臂塊；R1R4半

16、導體應變片40第五節 其他流量計二、橢圓齒輪番量計411.任務原理圖3-19 橢圓齒輪番量計構造原理經過橢圓齒輪番量計的體積流量2.運用特點 適用于高黏度介質的流量丈量。 丈量精度較高，壓力損失較小，安裝運用也較方便。 橢圓齒輪番量計的入口端必需加裝過濾器。 橢圓齒輪番量計的運用溫度有一定范圍。 橢圓齒輪番量計的構造復雜，加工本錢較高。 第五節 其他流量計三、渦輪番量計42圖3-20 渦輪番量計1渦輪；2導流器；3磁電感應轉換器；4外殼；5前置放大器優點 安裝方便。 丈量精度高，可耐高壓。 反響快，可測脈動流量。 輸出信號為電頻率信號，便于遠傳，不受干擾。 缺陷 普通應加過濾器。 安裝時，前后

17、要有一定的直管段。 第五節 其他流量計四、電磁流量計43可以丈量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒例如泥漿或纖維液體的流量。 圖3-21 電磁流量計原理感應電勢的方向由右手定那么判別，大小由下式決議 3-23而3-24將式4-24代入式4-23，得第五節 其他流量計留意 只能用來丈量導電液體的流量，且導電率要求不小于水的導電率，不能丈量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍數的放大器，會呵斥丈量系統很復雜、本錢高，并且易受外界電磁場的干擾。運用中要留意維護，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時要遠離一切磁源。不能有振動。 44例題分析舉例 1.某差壓式流量計的流量刻度上限為320m3/h ,差

18、壓上限2500Pa。當儀表指針指在160m3/h時,求相應的差壓是多少 (流量計不帶開方器)? 解：由流量根本方程式可知 流量是與差壓的平方根成正比的。當丈量的一切條件都不變時,可以以為式中的、F0、1均為不變的數。假設假定上題中的 Q1 = 320m3/h ;p1 = 2500Pa ; Q2 = 160m3/h ;所求的差壓為p2 ,那么存在下述關系45例題分析由此得代入上述數據,得 該例闡明了差壓式流量計的標尺如以差壓刻度,那么是均勻的,但以流量刻度時,假設不加開方器,那么流量標尺刻度是不均勻的。當流量值是滿刻度的1/2時,指針卻指在標尺滿刻度的1/4處。 46例題分析舉例 2.通常以為差壓式流量計是屬于定節流面積變壓降式流量計,而轉子流量計是屬于變節流面積定壓降式流量計,為什么? 解：這可以從它們的任務原理上來分析。 差壓式流量計在任務過程中,只需節流元件構造已定,那么其尺寸是不變的,因此它是屬于定節流面積的。當流量